Предприятия пищевой промышленности (молокозаводы, винзаводы, кондитерские фабрики, мясокомбинаты и др.), являются крупнейшими водопотребителями, для получения готовой продукции которых затрачивается в несколько раз больше воды, чем обрабатывается сырья. Несмотря на значительный расход воды, сточные воды предприятий пищевой промышленности относятся к категории высококонцентрированных и имеют нестабильные по качеству и количеству показатели [1,2]. Такие стоки представляют собой сложные полидисперсные системы и содержат различные по природе загрязнения: жир, молоко, чешую, шерсть, кровь, соли, минеральные нерастворимые примеси, моющие средства и др. Эти воды характеризуются высокими показателями БПК, ХПК, взвешенных веществ, жиров и др. Среднестатистические показатели сточных вод предприятий пищевой промышленности представлены в таблице 1.
Таблица 1. Характеристики сточных вод предприятий пищевой промышленности [6,8].
| Предприятия | рН | Взвешенные вещества, мг/л | ХПК, мг/л | БПК5, мгО?/л |
|---|---|---|---|---|
| Сахарные производства | 6-9 | 1200 - 2600 | 4900 | 1400 - 3600 |
| Производство дрожжей | 6,8 | 1900 | 1800 | 1500 |
| Пивоваренные предприятия | 6,9 | 2650 | 2000 - 6000 | 1500 - 4000 |
| Спиртзаводы (барда) | 4 | 32 000 - 45 000 | 20 000 - 48 000 | 15 500 - 29 900 |
| Производство слабоалкогольных напитков | 6 | - | 1760 | 1200 |
| Крахмальные перерабатывающие (картофель) заводы | 7,2 | 600 - 4700 | 100 - 2520 | 300 - 1300 |
| Молочные предприятия | 6,5 - 9 | 350 - 600 | 1200 - 3000 | 500 - 2000 |
| Сырзаводы | 3,55 | 400 - 750 | 51 200 | 40 000 |
| Производство казеина | 4,4 | 300 - 500 | 52 587 | 41 083 |
| Фильтрат биомицина | 3,35 | - | 22 200 | 19 900 |
| Плодоовощные производства | 4 | 20 - 1800 | 440 - 2690 | 350 - 2175 |
| Мясоперерабатывающие производства | 6,5-7,5 | 410 - 12 000 | 1800 - 12 500 | 650 - 5100 |
| Кондитерские (усредненный сток) предприятия | 4,5 - 9,9 | 1200 - 1790 | 6060 | 2190 |
| Производства мороженого | 6 - 11 | 8000 | 6000 | 4000 |
Без предварительной очистки такие стоки не могут быть направлены на городские очистные сооружения или в природные водоемы. Поступление таких стоков в городские очистные сооружения приводит к нарушению кислородного режима, видовому изменению микрофлоры и другим процессам, негативно влияющим на протекание процессов биологической очистки. Кроме того сточные воды этой категории предприятий попадая в городскую канализационную сеть приводят к коррозии коллекторов, заиливанию трубопроводов, а также увеличивают требуемые объемы подачи воздуха [7].
Применяемые на сегодняшний день методы и технологии очистки высококонцентрированных стоков являются несовершенными, и в ряде случаев не обеспечивают необходимую степень очистки и утилизацию всех побочных продуктов, образующихся в этом процессе [1,3,4]. Кроме того применяемые решения не всегда являются экономически обоснованными и энергетически эффективными.
Отечественная научно-производственная компания «ЭКОТОН» совместно с западными партнерами предлагает инновационную энергосберегающую технологию очистки высококонцентрированных сточных вод и утилизации побочных продуктов с добычей биогаза. Таким образом, утилизация отходов предприятия начинает приносить прямую прибыль, являясь источником ценного продукта — энергии.
Для примера возьмем предприятие молочной промышленности, очистка стоков для которой представляет большую сложность.
На предприятиях молочной промышленности в процессе переработки молока и мойки технологического оборудования, трубопроводов, тары и производственных помещений образуются высококонцентрированные сточные воды, содержащие нерастворимые хлопья белковых веществ, частицы жира, растворимый молочный сахар, растворы белковых веществ, моющих и дезинфицирующих средств. Наибольшая доля в загрязнениях стоков на молокоперерабатывающих предприятиях приходится на молочную сыворотку. ХПК сыворотки, в зависимости от качества молока, может достигать 60 000 мгО2/дм3, что существенно затрудняет очистку сточных вод. Качественные и количественные характеристики сточных вод зависят от мощности молокоперерабатывающего предприятия и ассортимента выпускаемой продукции, при этом расход свежей воды составляет в среднем 3-12 м3/тону молока.
Показатели состава сточных вод на обследованном предприятии обобщенно представлены в таблице 2, с учетом суточной и сезонной не равномерности.
Таблица 2. Характеристики сточных вод предприятия молочной промышленности
| Показатели | Интервал значений |
|---|---|
| Температура, 0С | 25 - 70 |
| ХПК, мгО/дм3 | 2000 - 15 000 |
| БПК5, мгО2/дм3 | 800 - 3500 |
| Взвешенные вещества, мг/дм3 | 300 - 1500 |
| Жиры, мг/дм3 | 100 - 450 |
| Азот общий, мг/дм3 | 50 - 60 |
| Фосфор общий, мг/дм3 | 15 - 25 |
| рН | 3,5 - 11,5 |
Стоки с предприятия без какой-либо предварительной очистки в полном объеме сливаются в канализацию, что не может не вызывать соответствующую реакцию городского водоканала. Значительное увеличение штрафов и количества проверок со стороны природоохранных и коммунальных служб за последнее время заставили предприятие искать альтернативный путь избавления от стоков производства.
Для данного предприятия целесообразным является строительство локальных очистных сооружений, рассчитанных на 2500 м3/сутки сточных вод и 450 м3/сутки сыворотки. Предлагаемая схема очистки высококонцентрированных сточных вод молокозавода представлена на рисунке 1.
Рис.1. Схема очистки высококонцентрированных сточных вод с добычей биогаза
Сердцем это технологической схемы очистки является анаэробный биореактор. В этом реакторе создаются оптимальные условия для жизни метаногенных бактерий, в результате жизнедеятельности которых разлагаются органические загрязнения и выделяется биогаз.
Перед поступлением в анаэробный биореактор стоки молокозавода необходимо довести до нейтрального рН, а также убрать жиры и взвешенные вещества. Для этого в схеме предусмотрены усреднительная емкость (усреднение объемов сточной жидкости и их нейтрализация) и флотционная установка (удаление взвешенных частиц и жиров физико-химическим методом очистки). На входе в сооружение также предусмотрен блок механической очистки для извлечения грубодисперсионных включений.
Из-за высокого содержания ХПК в стоках молокозавода очищенная в анаэробном биореакторе вода нуждается в доочистке. Для предприятий, стоки которых характеризуются меньшим ХПК, а также невысоким содержанием азота, фосфора и некоторых других соединений, возможен сброс воды в канализацию сразу после очистки в биореакторе.
Доочистка происходит в мембранном модуле, где в аэробных условиях разлагаются органические соединения, неразложившиеся на анаэробной стадии очистки, удаляются азот и фосфор, а также бактерии и некоторые вирусы. После дополнительного обеззараживания ультрафиолетом, такие стоки соответствуют нормам сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения.
Образующийся в процессе очистки осадок, подается в метановый реактор для сбраживания, в процессе которого также выделяется биогаз.
Биогаз с содержанием метана 70-85% из анаэробного и метанового реактора под постоянным давлением поступает на когенерационную установку, где в процессе его сжигания вырабатывается тепловая и электрическая энергия. Либо газ может просто сжигается на собственной котельной для нужд предприятия.
Сброженный осадок после метанового реактора подается на фильтр-пресс для обезвоживания, что позволяет сократить его объем и соответственно расходы на вывоз. Обезвоженный осадок пригоден для дальнейшего использования в качестве биоудобрения или захоронения на полигоне ТБО.
Выводы: Внедрение данной технологии на предприятии позволит довести его стоки до норм сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения, что делает возможным сброс очищенных сточных вод в водоем или внедрение схем оборотного водоснабжения.
В процессе очистки стоков предприятия планируется выработка около 14 636 м3/сутки биогаза, при сжигании которого можно получить около 1,5 МВт в час электрической и 1,7 МВт тепловой энергии. При стоимости природного газа 165 дол. США* за 1000 м3 экономический эффект от внедрения данной технологии составит около 633,921 дол. США в год. Что без учета экономии на выплате штрафов обеспечивает полную окупаемость проекта менее чем за 5 лет. Аналогичные расчеты для предприятий других отраслей пищевой промышленности еще более оптимистичны: менее 1,5 года для сыроваренных комбинатов
Применяя предлагаемое техническое решение, предприятие, не только избегает штрафов за нарушения требований экологических служб, но и получает дополнительные доходы.
Список литературы:
- Чеботаева М.В. Очистные сооружения BIOMAR® в индустрии напитков в России // Отраслевой научно практический журнал «Пиво и Нпитки» М.: Пищевая промышленность.- 2008.- №4 –с 44-45
- Шустер К., Нойберт И. Анаэробная обработка высококонцентрированных стоков молочных предприятий// Научно-практический журнал «Экология производства» М.: Отраслевые ведомости- Выпуск № 11 ноябрь 2009. С 50-52
- Шустер К., Бенуа Х. Технология напорной флотации B&S-DAF// Научно-практический журнал «Экология производства» М.: Отраслевые ведомости- Выпуск № 4 апрель 2007. С 1-4
- Шапкин Н.П.,Скобун А.С., Жамская Н.Н., Завьялов Б.Б., Царев Д.В.Физико-химические исследования очистки сточных вод // Вэйстэк-2003 : материалы междунар. конгр. — М., 2003. — С. 164-165.
- Демин И.А. Современные очистные сооружения для пивоваренного завода. // Отраслевой научно практический журнал «Пиво и Нпитки» М.: Пищевая промышленность.- 2006- №2,- с 8
- Корчик Н. М. Технологии очистки сточных вод предприятий пищевой промышленности //Материалы 4-й международной конференции» 31 января -1 февраля 2007 г., Харьков, Украина – 336 c
- Храмцов А. Г. и Нестеренко П. Г Технология продуктов из молочной сыворотки // М.: ДеЛи принт.- 2004.-587 с.
- Маркитанова Л.И. Мониторинг загрязненности водных систем органическими веществами // Электронный научный журнал «Процессы и аппараты пищевых производств» М.: Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». – 2006 Выпуск №2 сентябрь. С. 8 – 11.